DE102006035005A1

DE102006035005A1 - Megavolt-Bildgebung mit einem Photoleiter-basiertem Sensor

Info

Publication number: DE102006035005A1
Application number: DE102006035005A
Authority: DE
Inventors: Larry Dean Los Altos Partain; George Mountain View Zentai
Original assignee: Varian Medical Systems Technologies Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2007-02-01
Also published as: US7884438B2; US20070023853A1; US20110079729A1

Abstract

Ein Photodetektor zur Detektion von Megavolt(MV)-Strahlung, umfassend eine Halbleiter-Konversionsschicht mit einer ersten Fläche und einer der ersten Fläche gegenüberliegenden zweiten Fläche, eine mit der ersten Fläche gekoppelte erste Elektrode, eine mit der zweiten Fläche gekoppelte zweite Elektrode, sowie ein Substrat niedriger Dichte, umfassend ein Detektor-Array, die mit der zweiten Elektrode gegenüber der Halbleiter-Konversionsschicht gekoppelt ist. Der Photodetektor umfaßt eine ausreichende Dicke eines Materials hoher Dichte, um aus einfallender MV-Strahlung eine ausreichende Anzahl von Photoelektronen zu erzeugen, so daß die Photoelektronen von der Konversionsschicht empfangen werden können und in eine ausreichende Anzahl von Ladungsträgern umgewandelt werden können, die durch das Detektor-Array detektiert werden.

Description

HINWEIS BEZÜGLICH STAATLICH UNTERSTÜTZTER FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG
Diese Erfindung wird von der Regierung unter Subkontrakt Nr. 4300039024- BWXT Y-12; Vertrags-Nr. DE-RC05-000R22800 unterstützt, der vom Department of Energy vergeben wird. Die Regierung hat gewisse Rechte an dieser Erfindung.
GEBIET
Ausführungsbeispiele dieser Erfindung beziehen sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Photodetektoren und insbesondere auf einen Photoleiter-basierten Megavolt-Strahlungssensor.

HINTERGRUND

Detektoren können auf viele Weisen hergestellt werden und können vielen Zwecken dienen. Für alle Detektoren sind Sensitivität und Signal-zu-Rausch-Verhältnisse wichtig für einen erfolgreichen Betrieb. Strahlungs-Photodetektoren können mit photoleitenden Sensoren aufgebaut werden. Wenn Röntgenstrahlen detektiert werden sollen, sind Photodetektoren vorzugsweise hochempfindlich für Röntgenstrahlung und relativ unempfindlich für andere elektromagnetische Strahlung. Die Photoleiter können entweder intrinsische Halbleitermaterialien sein, die, solange sie nicht mit Röntgenphotonen bestrahlt werden, einen hohen Widerstand aufweisen, oder Diodenstrukturen, die solange sie nicht mit Röntgenstrahlen bestrahlt werden, aufgrund des Blockadeeffekts des Diodenübergangs geringe Ströme aufweisen.

1A stellt einen Typ eines konventionellen Photodetektors 50 dar, der ein Halbleitermaterial mit einem Paar von Kontaktelektroden auf jeder Seite des Halbleitermaterials umfaßt. Das Halbleitermaterial wirkt als eine direkte Konversionsschicht, um einfallende Strahlung in elektrische Ströme umzuwandeln. Eine mit den Elektroden verbundene Spannungsquelle legt eine positive Vorspannung (bzw. Bias-Spannung) entlang dem Halbleitermaterial an und ein Strom wird als Angabe für die Größe der einfallenden Strahlung beobachtet. Wenn keine Strahlung vorliegt, ist der Widerstand des Halbleitermaterials für die meisten Photoleiter groß und es können nur geringe Dunkelströme gemessen werden. Wenn Strahlung auf die obere Kontaktelektrode über dem Halbleitermaterial gerichtet wird, so bilden sich Elektron-Loch-Paare, die unter dem Einfluß einer Spannung entlang dieses Bereichs auseinanderdriften. Elektronen werden in Richtung der positiver (+) vorgespannten Kontaktelektrode gezogen und Löcher werden in Richtung der negativer vorgespannten (z.B. quasi-geerdeten) Kontaktelektrode gezogen. Die Bildung von Elektron-Loch-Paaren tritt aufgrund der Wechselwirkung zwischen der einfallenden Strahlung und dem Halbleitermaterial auf. Falls die Röntgenstrahlen eine Energie aufweist, die größer ist als die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials, so werden Elektron-Loch-Paare in dem Halbleiter erzeugt, wenn ein jeweiliges Photon in dem Material absorbiert wird. Falls eine Spannung kontinuierlich entlang dem Halbleitermaterial angelegt wird, tendieren die Elektronen und Löcher dazu, zu separieren, wodurch ein Strom erzeugt wird, der durch den Photodetektor fließt. Die Größe des in dem Photodetektor erzeugten Stroms ist Abhängig von der Größe der aufgenommenen einfallenden Strahlung. Nach Wegnahme der einfallenden Strahlung bleiben die Ladungsträger (Elektronen und Löcher) für eine begrenzte Zeitspanne erhalten, bis sie entweder die Sammelelektroden erreichen oder rekombiniert werden können. Der Begriff "Ladungsträger" wird häufig verwendet, um entweder auf die Elektronen, oder die Löcher, oder beides zu verweisen.

Einige Halbleitermaterialien, die für Röntgendetektoren verwendet werden, sind Selen, Quecksilberiodid und Bleiiodid. Die zwei Iodid-Verbindungen weisen ein höheres Beweglichkeitsprodukt auf, erfordern eine wesentlich geringere Ladungssammlungsspannung als Selen und haben weitere Vorteile, wie beispielsweise eine größere Temperaturstabilität. Allerdings haben sowohl Quecksilberiodid als auch Bleiiodid physikalische Parameter, die ihre Leistungsfähigkeit und Anwendungsfreundlichkeit in einschichtigen Röntgendetektoren beeinflussen.

In Quecksilberiodid ist die gemessene Trägerbeweglichkeit größer als in Bleiiodid und die Verzögerungszeit ist geringer. Die geringere Trägerbeweglichkeit bedeutet, daß es schwierig ist, eine dicke Schicht aus Bleiiodid zu verwenden, die darin effizienter ist, daß sie einen größeren Anteil der einfallenden Röntgenphotonen absorbiert, insbesondere bei höheren Photonenenergien, was die Detektor-Sensitivität vergrößert. Allerdings ist Quecksilberiodid gegenüber typischen Kontaktmaterialien (z.B. Aluminium) chemisch reaktiver als Bleiiodid und in Flachbilddetektoren (bzw. Flat-Panel-Detektoren), die mit Quecksilberiodid beschichtet sind, wurden erhebliche Probleme mit Kontaktkorrosion beobachtet.

Wie oben erwähnt können Photoleiter auch Diodenstrukturen basierend auf entweder einem p-i-n- oder einem p-n-Aufbau aufweisen. 1B stellt eine konventionelle p-i-n-Diode dar. Solch eine Photodiode 100 wird wegen des Aufbaus des Halbleitermaterials in der Diode "p-i-n"-Diode bezeichnet. Die Photodiode 100 besteht aus einer p-dotierten Halbleiter-(p-Typ)-Materialschicht 110 und einer n-dotierten Halbleiter-(n-Typ)-Materialschicht 130. Licht wird auf den Verarmungsbereich zwischen den p-Typ- und n-Typ-Materialschichten gerichtet, wodurch Elektronen-Loch-Paare und somit ein Strom erzeugt werden. Um die Dicke des Verarmungsbereichs zu steuern, wird eine Schicht 120 aus einem intrinsischen (i) Material zwischen die p-dotierte Halbleitermaterialschicht 110 und die n-dotierte Halbleitermaterialschicht 130 eingefügt. Diese Struktur kann verwendet werden, um Röntgenstrahlung zu Detektieren, die auf entweder den p-dotierten Halbleiter 110 oder den n-dotierten Halbleiter 130 einfällt. Photodetektoren, die auf einer p-i-n-Struktur basieren, umfassen auch Kontakte, um die Materialschichten vorzuspannen, wie in 1C dargestellt ist. Der Photodetektor 115 umfaßt einen oberen Kontaktleiter 181, der mit dem p-dotierten Bereich 182 verbunden ist, und einen unteren Kontaktleiter 185, der mit dem n-dotierten Bereich 184 verbunden ist. Der p-dotierte Bereich 182, die intrinsische Schicht 183 und der n-dotierte Bereich 184 sind alle Halbleitermaterialien, wie sie bzgl. des Detektors 100 beschrieben wurden. Die Schichten werden auf einem Substrat 186 ausgebildet, das als Basis für den Detektor 150 dient.

Wie oben erwähnt, kann die p-i-n-Struktur verwendet werden, um Röntgenstrahlen zu detektieren, die auf entweder die p-dotierte Halbleitermaterialschicht 182 oder die n-dotierte Halbleitermaterialschicht 185 einfällt. Im Betrieb der p-i-n-Photodiode 150 wird eine Sperrvorspannung entlang der Photodiode angelegt und Röntgenstrahlen werden auf den intrinsischen Bereich 183 gerichtet. Die Elektron-Loch-Paare separieren sich dann unter dem angelegten elektrischen Feld und wandern schnell in Richtung ihrer entsprechenden Pole. Die Elektronen bewegen sich in Richtung des positiven Pols und die Löcher bewegen sich in Richtung des negativen Pols. Konventionelle Photodioden haben schmale intrinsische Bereiche 183. Aufgrund der Schmalheit des intrinsischen Bereichs 183 und auch aufgrund der hohen Beweglichkeit des intrinsischen Materials, ist die Wahrscheinlichkeit gering, daß die Träger rekombinieren, bevor sie den Übergang zum dotierten Material erreichen. Die Elektronen und Löcher sammeln sich dann neben dem jeweiligen Übergang zum dotierten Material. Die Widerstandsänderung bewirkt eine Spannungsänderung, eine Stromänderung, oder beides zwischen dem oberen Leiter 181 und dem zweiten Leiter 186, was in einem umgebenden System (nicht gezeigt) gemessen werden kann.

Ein Problem mit existierenden Diodenstruktur-Photoleitern besteht darin, daß ein Dunkelstrom (Leckstrom) die Brauchbarkeit der hohen Röntgenstrahlsensitivität des Photoleiter-Sensors beschränkt. Eine Lösung, um solchen Dunkelstrom deutlich zu reduzieren, besteht darin, p-n-Heterostrukturen aus Photoleitern zu verwenden. Diodenstrukturen (p-n und p-i-n) können aus zwei oder mehr ungleichen Halbleitermaterialien aufgebaut sein, wodurch ein Heteroübergang gebildet wird. Beispielsweise besteht ein existierender Photodetektor aus einer Schicht aus Cadmiumtellurid und einer Schicht aus Cadmiumsulfid, die einen Heteroübergang bilden. Das Cadmiumtellurid wird so abgeschieden, daß es ein p-Typ-Material (Überschußlöcher) ist, und das Cadmiumsulfid wird so abgeschieden, daß es ein n-Typ-Material (Überschußelektronen) ist. Eine externe Spannung, die entlang des Heteroübergangs der zwei Materialien angelegt wird, erzeugt einen sperrvorgespannten p-n-Übergang, der als Photodiode wirkt. Wie oben erläutert, bewirken strahlungsinduzierte Elektron-Loch-Paare elektrische Ströme, die proportional zur einfallenden Strahlung fließen. Der p-n-Übergang verhindert, wenn er sperrvorgespannt ist, daß ein Dunkelstrom über den Übergang fließt.

Die Leistungsfähigkeit eines Photoleiters kann mittels verschiedener Kriterien beurteilt werden, z.B. über die Sensitivität. Die Sensitivität bezieht sich auf den Strom, der von einem Photoleiter bezüglich der elektromagnetischen Strahlungsintensität erzeugt wird. Ein Photoleiter mit einer hohen Sensitivität erzeugt bei einer gegebenen Intensität der einfallenden Strahlung mehr Strom als ein Photoleiter mit einer niedrigen Sensitivität. Die Sensitivität wird durch viele Faktoren beeinflußt, darunter die Beweglichkeit der Elektronen in dem Material. Halbleitermaterialien mit einer hohen Beweglichkeit haben eine größere Sensitivität, falls andere Parameter gleich sind, da die Elektronen sich mit einer größeren Geschwindigkeit bewegen können.

Detektoren können geeignet sein, um Röntgenphotonen mit Megavolt (MV) -Energien zu detektieren, falls genug der Röntgenstrahlung absorbiert und mittels einer photoleitenden Konversionsschicht in Elektron-Loch-Paare (freie Ladung) umgewandelt werden kann, oder absorbiert und in Photoelektronen umgewandelt werden kann, in der darunterliegenden Substratschicht, die dann in die photoleitende Konversionsschicht hochwandern und dort detektiert werden. Typischerweise wird ein Substrat hoher Dichte verwendet, um eine derartige Absorption und Erzeugung von Photoelektronen zu ermöglichen. Ein Problem mit vielen Substraten hoher Dichte besteht darin, daß sie hinsichtlich der Anzahl der Pixelelemente, die sie enthalten können, beschränkt sind, oder hinsichtlich der physikalischen Abmessungen ihrer gesamten Detektorfläche beschränkt sind (im Gegensatz zu einem in Pixel-Array aus Elektronikelementen, wie beispielsweise Dünnfilm-Siliziumtransistoren, Kondensatoren, Schaltern und Verstärkern auf Glassubstraten niedriger Dichte, die viele Millionen einzelner Pixel und hunderte bis tausende Quadratinch Detektorfläche unterbringen können). Zudem sind die Herstellungskosten von Detektoren mit hochdichtem Substrat höher als für die Herstellung von Substraten niedriger Dichte.

ZUSAMMENFASSUNG

Gemäß einiger Ausführungsbeispiele umfaßt ein Photodetektor zum Detektieren von Megavolt (MV) -Strahlung eine Halbleiter-Konversionsschicht mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, die gegenüber der ersten Fläche angeordnet ist, eine erste Elektrode, die mit der ersten Oberfläche gekoppelt ist, eine zweite Elektrode, die mit der zweiten Oberfläche gekoppelt ist, ein Substrat niedriger Dichte umfassend ein Detektor-Array, das gegenüber der Halbleiter-Konversionsschicht und dem Substrat niedriger Dichte mit der zweiten Elektrode gekoppelt ist. Die Konversionsschicht umfaßt ein photoleitendes Material einer ausreichenden Dicke, um Photoelektronen, die von der ersten Elektrode empfangen werden und von auf die erste Elektrode einfallenden MV-Röntgenphotonen erzeugt werden, in eine ausreichende Anzahl freier Ladungsträger zu konvertieren, die von einem Detektor-Array detektiert werden, und das Substrat niedriger Dichte weist eine Dichte und eine Dicke auf, so daß Megavolt-Röntgenphotonen, die auf die Schicht niedriger Dichte einfallen, im wesentlichen keine oder nicht mehr als eine unwesentliche Anzahl oder Menge an Photoelektronen erzeugen, die von der Konversionsschicht konvertiert werden.

Die vorliegende Erfindung wird in den beiliegenden Zeichnungen beispielhaft und nicht beschränkend dargestellt, von denen:
1A einen Typ eines konventionellen Photoleiters darstellt.
1B den konventionellen Photoleiter aus 1A weitergehend darstellt.
1C einen weiteren konventionellen Photoleiter darstellt.
2A ein Ausführungsbeispiel eines Photoleiterbasierten Megavolt-Strahlungssensors darstellt.
2B den Photoleiter-basierten Megavolt-Strahlungssensor aus 2A in einer Draufsicht darstellt.
3 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Photoleiter-basierten Megavolt-Strahlungssensors darstellt.
4 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Photoleiters-basierten Megavolt-Strahlungssensors darstellt.
5 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Photoleiter-basierten Megavolt-Strahlungssensors darstellt.
6 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betrieb eines Photoleiter-basierten Megavolt-Strahlungssensors darstellt.
7 ein Ausführungsbeispiel eines Megavolt-Röntgenstrahlungs-Detektionssystem darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung werden eine Vielzahl spezifischer Details dargelegt, wie beispielsweise Beispiele für spezifische Komponenten, Verfahren, und dergleichen, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es wird dem Fachmann allerdings auch deutlich sein, daß diese spezifischen Details bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung nicht eingesetzt werden müssen. Um eine unnötige Verschleierung der vorliegenden Erfindung zu vermeiden, wurden wohl bekannte Komponenten und Verfahren manchmal nicht ausführlich beschrieben.
Die Ausdrücke "oben" "unten" "vorne" "hinten" "über", "unter" und "zwischen", wie sie hier verwendet werden, beziehen sich auf eine Relativposition einer Schicht oder einer Komponente bzgl. einer anderen. Solchermaßen kann eine Schicht, die über oder unter einer anderen Schicht, oder zwischen Schichten abgeschieden oder angeordnet ist, direkt in Kontakt mit der(n) anderen Schicht(en) sein, oder eine oder mehrere Zwischenschichten aufweisen. Der Ausdruck "gekoppelt", wie er hier verwendet wird, bedeutet direkt verbunden oder indirekt verbunden über eine oder mehrere Zwischenschichten, oder funktionell gekoppelt über nicht physikalische Verbindungen (z.B. optisch).
Es wird ein Photodetektor beschrieben, der geeignet ist, Megavolt (MV) -Strahlung zu detektieren, der ein Substrat niedriger Dichte aufweisen kann, wenigstens eine Schicht hoher Dichte und eine Photoleiter-Konversionsschicht (z.B. eine oder mehrere Schichten aus einem oder mehreren Halbleitermaterialien), um Photoelektronen in freie Ladungsträger zu konvertieren, so daß diese durch ein Detektor-Array des Substrats detektiert werden können. Statt ein Substrat hoher Dichte zu verwenden, wird eine weitere hochdichte Schicht verwendet, um einfallende Megavolt-Röntgenphotonen in eine ausreichende Anzahl von Photoelektronen für eine Umwandlung in eine Anzahl detektierbarer freier Ladungsträger umzuwandeln.
Ein Vorteil solch einer Struktur besteht darin, daß sie, ohne daß ein Substrat hoher Dichte verwendet wird, in der Lage ist, Röntgenphotonen mit Megavolt (MV)-Energien zu detektieren, da genug der Röntgenphotonen absorbiert oder in hochenergetische Photoelektronen konvertiert werden können, die daraufhin von einer photoleitenden Konversionsschicht detektiert werden. So wird, obwohl die meiste Röntgenstrahlung ohne absorbiert oder konvertiert zu werden vollständig durch die Substrat/Photoleiter-Struktur hindurchtritt, ein Teil der Strahlung (und damit ein Teil ihrer Energie) in dem hochdichten Material absorbiert und in hochenergetische Photoelektronen umgewandelt. Das Substrat niedriger Dichte kann eine größere Anzahl und hinsichtlich ihrer Größe kleinere Detektionselektronik-Bausteine (z.B. ein Pixel-Array aus Elektronikelementen, wie beispielsweise Dünnfilmtransistoren, Kondensatoren, Schalter, Verstärker und dergleichen) aufweisen, als es mit einem hochdichten Substrat möglich ist. Zudem sind das Substrat niedriger Dichte und die darin befindliche Detektionselektronik bzgl. ihrer Herstellungskosten günstiger als das hochdichte Substrat und Detektionselektronik.
2A stellt ein Ausführungsbeispiel eines Photoleiter-basierten Megavolt-Strahlungssensors dar. In diesem Ausführungsbeispiel umfaßt der Photodetektor 200 eine Halbleiter-Konversionsschicht 240 mit einer Oberfläche 242, die mit einer Elektrode 210 gekoppelt ist, und mit einer Oberfläche 244, die mit dem Substrat niedriger Dichte 280 gekoppelt ist. Die Oberflächen 242 und 244 sind einander gegenüberliegend angeordnet, so daß sie gegenüberliegende ebene Oberflächen eines photoleitenden Films bilden. 2A zeigt eine Schutzschicht 290, die zwischen eine hochdichte Schicht 270 und die Elektrode 210 gekoppelt ist. Zudem kann Strahlung, wie beispielsweise Röntgenstrahlen aus der Richtung 205 und/oder der Richtung 207 auf den Photodetektor 200 einfallen. In dem Ausführungsbeispiel aus 2A umfaßt das Substrat 280 ein Detektor-Array 260 mit Elektroden 262, 264 und 266, die mit der Oberfläche 244 gekoppelt sind. Es ist einzusehen, daß in bestimmten Ausführungsbeispielen mehr als drei Elektroden anstelle der Elektroden 262, 264 und 266 verwendet werden können. Alternativ kann in einigen Ausführungsbeispielen statt der Elektroden 262, 264 und 262 auch eine einzelne Elektrode verwendet werden, wie beispielsweise für Elektrode 210 gezeigt ist.
2A zeigt auch das Substrat 280, das Dünnfilmtransistor (TFT) -Kondensatoren 282, 284 und 286 aufweist, die jeweils mit Dünnfilmtransistor (TFT) -Schaltern 283, 285 bzw. 287 gekoppelt sind. Gate-Leitungen (GL) können verwendet werden, um die Schalter 283, 285 und/oder 287 zu schalten oder zu aktivieren. Datenleitungen D1, D2 und D3 sind mit den Ausgängen der Schalter 283, 285 bzw. 287 gekoppelt. Das Substrat 280, die Elektroden 262-266, die Kondensatoren 282-286 und/oder die Schalter 283-287 können hier als Teil eines Detektors; eines Sensors; Detektor-Arrays; und/oder Sensor-Arrays; Pixeln; und/oder Pixel-Arrays aus TFT-Bausteinen, Kondensatoren, und/oder Schaltern beschrieben werden. Beispielsweise kann ein Pixel-Array aus TFT-Bausteinen ein Array oder eine Matrix aus mehr als drei Elektroden und zugehörigen TFT-Strukturen für jede Elektrode aufweisen.
2A zeigt die Elektrode 210, die mit einem Spannungsgenerator VG gekoppelt ist, der wiederum geerdet ist. Die Elektrode 262 des Arrays 260 ist mit einem Ladungsspeicherkondensator 282 verbunden, der wiederum geerdet ist. Es ist vorgesehen, daß verschiedene andere Elektroden des Arrays 260 (z.B. die Elektrode 264 und die Elektrode 266) oder alle Elektroden des Arrays 260 über Speicherkondensatoren (z.B. Kondensatoren 284 und 286) mit der Erde verbunden sind, damit die Ladung in jedem Speicherkondensator eines Pixels, die das Bild beinhaltet, zur Ausleseelektronik abgeleitet wird, indem eine Spannung an die Gate-Ausleseleitung GL angelegt wird, so daß die Schalter (z.B. TFTs) 283, 285 und 287 alle eingeschaltet werden.
2B stellt den Photoleiter-basierten Megavolt-Strahlungssensor aus 2A aus einer Perspektive von oben dar. Die 2A und 2B zeigen das Detektor-Array 260, das Pixel 252, 254 und 256 aufweist, wie ein in Pixel aufgeteiltes Array aus Elektronikbauelementen, wie beispielsweise TFT, Kondensatoren, Schalter, Elektroden, Gate-Leitungen, Daten-Leitungen, Verstärker und dergleichen, die im Stand der Technik bekannt sind. Insbesondere können die Pixel 252, 254 und 256 jene Strukturen aufweisen, die für die Pixel unter Bezugnahme auf 2A gezeigt und beschrieben wurden. Beispielsweise kann das Pixel 252, das für ein beliebiges Pixel des Arrays 260 steht, eine Elektrode 262 aufweisen, die mit einem Kondensator 282 gekoppelt ist, der wiederum mit dem Schalter 283 gekoppelt ist. Das Gate des Schalters 283 ist mit der Gate-Leitung GL gekoppelt und der Ausgang des Schalters 283 ist mit der Datenleitung D1 gekoppelt. Verschiedene andere Konfigurationen elektronischer Bauelemente für Pixel sind vorgesehen, wie beispielsweise Ausführungsbeispiele, die andere Bauelemente anstelle des Kondensators 282 und/oder des Schalters 283 weglassen oder verwenden.
Unter Bezugnahme auf 2B kann gemäß eines Ausführungsbeispiels die Draufsicht-Querschnittsgröße jedes Pixels (z.B. Pixel 252) zwischen 30 × 30 Mikrometern und 2 × 2 mm liegen. Zudem ist vorgesehen, daß die Pixel verschiedene Größen und Formen haben können. Beispielsweise kann innerhalb der oben beschriebenen Draufsicht-Größenabmessung jedes Pixel eine rechteckige Form, eine hexagonale Form, und eine oktagonale Form, eine dreieckige Form, eine kreisförmige, eine gekrümmte Form und/oder eine Kombination dieser aufweisen.
Zusätzlich können zwischen den Pixeln Leerräume oder Spalten vorgesehen sein, so daß zwischen den Pixeln in dem Substrat 280 Raum für Steuerungsleitungen, Ausleseleitungen oder andere Elektronik besteht, die mit den Pixeln verbunden sein können oder nicht, und/oder TFT-Bauelemente, die mit den Pixeln verbunden sind. Beispielsweise zeigt 2B vertikale Beabstandungen VSP und horizontale Beabstandungen HSP zwischen Pixeln, wobei jede Beabstandung ein Raum sein kann, der zwischen einem und zehn Mikrometern beträgt. Es ist auch vorgesehen, daß die Beabstandung des VSP gleich ist, größer ist oder kleiner ist als die Beabstandung HSP.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels können, wenn die Röntgenstrahlen interagieren, kollidieren, oder von der Elektrode 210, der Schutzschicht 290 und/oder der hochdichten Schicht 270 absorbiert werden, die auf den Photodetektor 200 (z.B. aus Richtung 205 und/oder 207) einfallenden Megavolt (MV)- Röntgenphotonen Photoelektronen bewirken oder erzeugen. Die Photoelektroden können hochenergetische Photoelektronen sein.
Zudem können gemäß eines Ausführungsbeispiels die Elektrode 210, die Schutzschicht 290 und/oder die hochdichte Schicht 270 ein Material hoher Dichte mit einer ausreichenden Dicke und einer ausreichenden Dichte umfassen, um eine ausreichende Anzahl von Photoelektroden aus MV-Röntgenphotonen zu erzeugen, die auf diese Schichten einfallen, um durch die Konversionsschicht 240 in eine ausreichende Anzahl freier Ladungsträger umgewandelt zu werden, die von dem Detektions-Array 260 detektiert werden. Zudem umfaßt die Konversionsschicht 240 eine ausreichende Dicke eines photoleitendes Materials (wie beispielsweise ein Halbleitermaterial, einen photoleitenden Film, und/oder eine photoleitende Schicht), um die von der Elektrode 210, der Schutzschicht 290 und/oder der hochdichten Schicht 270 aufgenommenen Photoelektroden in eine ausreichende Anzahl freier Ladungsträger zu konvertieren, die von dem Detektor-Array 260 detektiert werden. In anderen Worten, die Elektrode 210, die Schicht 290 und die Schicht 270, eine Kombination dieser oder alle diese können in einem Ausführungsbeispiel ausreichend dicht sein, um zwischen einem und zwei Prozent der einfallenden MV-Strahlung in hochenergetische Photoelektronen zu konvertieren, die durch die Schicht 240 in freie Ladungsträger konvertiert werden, die von den Pixeln 250 detektiert werden. Es ist vorgesehen, daß andere Prozentzahlen der einfallenden MV-Strahlung von der Elektrode 210, der Schicht 290 und der Schicht 270, von einer Kombination dieser, oder von allen diesen, wie beispielsweise ein Prozentsatz zwischen 0.25 Prozent und 20 Prozent, abhängig vom Aufbau des Photodetektors, konvertiert werden können. Es ist einzusehen, daß ein Teil der oder die meiste MV-Strahlungsenergie aufgrund der niedrigen Dichte der Komponenten oder Schichten des Photodetektors, die von der Schicht oder den Schichten verschieden sind, die die MV-Strahlung in Photoelektronen umwandeln, in den Photodetektor 200 eindringen und durch diesen hindurchtreten können, ohne absorbiert zu werden.
Mit zunehmendem Prozentsatz der konvertierten oder absorbierten einfallenden Megavolt-Strahlung (z.B. wenn die Elektrode 210, oder die Schicht 290, und/oder die Schicht 270 in ihrer Dicke und/oder Dichte erhöht werden), kann die Dicke der Schicht 240 abnehmen, und umgekehrt. Insbesondere werden, wenn die Dichte zunimmt, bei einer spezifischen Energie oder Leistung der einfallenden Strahlung mehr Photoelektronen erzeugt, wodurch eine geringer Dicke der Schicht 240 erforderlich ist, um eine ausreichende Menge der Photoelektronen in freie Ladungsträger umzuwandeln. Entsprechend werden, wenn die Dichte oder Dicke des hochdichten Materials abnimmt, weniger Photoelektroden bei einer gegebenen Leistung oder Energie der Strahlung produziert, so daß die Schicht 240 dicker ist, um eine ausreichende Anzahl der wenigeren Photoelektroden in eine ausreichende Anzahl zu detektierende Ladungsträger umzuwandeln.
Genauer zeigt 2A die hochdichte Schicht 270 mit einer Dicke T3, beispielsweise einer Dicke zwischen 0.1 und 10 mm. In einigen Fällen kann T3 eine Dicke von 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1, 2, 4 Millimetern, oder eine beliebige Zahl dazwischen, oder eine Kombination dieser sein. Auch kann die Schicht 270 Kupfer, Blei, Wolfram, Tantal, Iridium, bleihaltiges Glas, bleihaltigen Kunststoff, andere bleihaltige Materialien, und/oder Legierungen dieser aufweisen, oder auch mehrere der vorgenannten. In einigen Fällen kann die Schicht 270 eine Dicke zwischen 0.7 und 1.5 mm aus Blei, Kupfer, einer Bleilegierung, einer Kupferlegierung, oder einer Kombination dieser umfassen. Es ist auch vorgesehen, daß die Schicht 270 eine oder mehrere Schichten eines der oben beschriebenen Materialien aufweist, eine Legierung dieser, oder einer Kombination dieser. Beispielsweise kann die Schicht 270 ein 1 mm dicker Film oder eine Folie aus Kupfer, Wolfram, oder Blei, oder einem anderen Metall oder dichten Material sein. Zudem kann, wie oben bemerkt, die Dicke der Schicht 240 von der Dicke und der Existenz der Schicht 270 abhängig sein. So kann beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Schicht 270 eine 1 mm dicke Materialschicht ist, die Schicht 240 eine Dicke von 0.5 Mikrometer aufweisen; während alternativ, wenn die Schicht 270 nicht existiert, die Schicht 240 eine Dicke von 10 mm aufweisen kann. Es ist einzusehen, daß diese Zahlen nicht exakt sein müssen und in der Praxis um 25 Prozent abweichen können.
So kann die Schicht 270 aus einem ausreichend dicken dichten Material bestehen, um eine ausreichende Menge der einfallenden Strahlung mit einer Leistung von wenigstens einem Megavolt (wie beispielsweise bei der Absorption von Röntgenstrahlen) zu absorbieren, um die einfallende Strahlung in Photoelektronen zu konvertieren, die von der Schicht 240 konvertiert werden und von dem Array 260 detektiert werden. Insbesondere kann die Schicht 270 eine Schicht mit einer ausreichenden Kombination aus Dicke und Dichte sein, um hochenergetische Photoelektroden mit einer ausreichenden Energie zu erzeugen, so daß diese aus einer Tiefe von zwischen 2 und 50 Mikrometern und tief unter der Oberfläche der Schicht 270 entkommen können, die mit der Schutzschicht 290 gekoppelt ist. Zudem können die erzeugten hochenergetischen Photoelektroden genug Energie haben, um in die Konversationsschicht 240 zu entkommen, um freie Ladungsträger zu erzeugen, die durch das Array 260 detektiert werden.
Ferner kann gemäß eines Ausführungsbeispiels die Schicht 270 eine ausreichende Dicke (z.B. 1 mm) eines ausreichend dichten Materials (z.B. Blei) sein, um Streuung zu vermindern. Die meisten Bildinformationen sind in den ungestreuten Photonen enthalten, die durch ein Objekt hindurch geradewegs hinunter zu den Detektorpixeln gelangen. Die in dem Objekt gestreute Strahlung wandert geneigt (verglichen mit der ungestreuten) und weist einen längeren Pfad durch die Schicht 270 auf. So überlebt weniger das Bild verwischende gestreute Strahlung bis hinunter zu den Detektorpixeln, wenn die Schicht 270 ausreichend dick und dicht ist, da sie nicht in der Lage ist, den längeren Weg zu überleben und "ausgefiltert" wird. Beispielsweise kann die Schicht 270 eine ausreichende Dicke eines hochdichten Materials aufweisen, um die Detektion von an einem Probeobjekt (z.B. einem Objekt, auf das die Röntgenphotonen vor dem Auftreffen auf dem Detektor fallen) gestreuten Megavolt-Röntgenphotonen zu reduzieren, aufgrund einer größeren Weglänge, die gestreute Strahlung in der hochdichten Schicht zurücklegen muß, verglichen mit einem kürzeren Weg, der von ungestreuter Strahlung in der hochdichten Schicht zurückgelegt wird. Auch kann die Schicht 270 eine Dichte zwischen ungefähr 4 und 23 oder mehr gm/cm³ aufweisen. Es wird in Betracht gezogen, daß die Schicht 270 eine Dichte von 1, 2, 4, 8, 10, 20 gm/cm³, einer beliebigen Zahl dazwischen, oder einer Kombination dieser aufweist. Beispielsweise kann die Schicht 270 eine Dichte in einem bevorzugten Bereich zwischen ungefähr 5 und 20 gm/cm³ aufweisen; oder in einem noch bevorzugteren Bereich von ungefähr 9 (z.B. ungefähr die Dichte von Kupfer) bis 19 (z.B. ungefähr die Dichte von Wolfram) gm/cm³. In einigen Fällen kann die Schicht 270 auch eine Dichte von ungefähr 11 gm/cm³ (z.B. ungefähr die Dichte von Blei), eine Dichte von ungefähr 22 gm/cm³ (z.B. ungefähr die Dichte von Iridium), oder eine Dichte von bis zu ungefähr 39 gm/cm³ aufweisen.
Die Schutzschicht 290 kann als ausreichend hochdichte Schicht wirken, um Megavolt-Strahlung in eine ausreichende Anzahl von Photoelektroden umzuwandeln, die durch die Schicht 240 konvertiert werden und von dem Array 260 detektiert werden, wie beispielsweise oben bzgl. der Schicht 270 beschrieben wurde. Ebenso kann die Schicht 290 die Streuung von einfallender Strahlung reduzieren, wie oben in Hinsicht auf die Schicht 270 beschrieben wurde. Zudem kann gemäß eines Ausführungsbeispiels die Schicht 290 eine Schutzschicht eines Materials sein, das nicht reaktiv ist mit dem Material der Schicht 270. Zudem kann die Schicht 290 ein Isolatormaterial sein, wie beispielsweise Paralyene C, oder Mylar^TM, oder Humiseal^TM, und/oder ein Acryl-Material. In einigen Fällen kann die Schicht 290 die Konversionsschicht 240, die Elektrode 210, das Array 260 und Elektroden dieser (z.B. die Elektrode 262), und/oder das Substrat 280 vor Beschädigungen aufgrund des Ausgesetztseins gegenüber Luft, Feuchtigkeit und/oder Korrosion schützen. Die Schicht 290 kann eine Dicke T4 aufweisen, die ausreicht, um die Elektrode 210 vor einer Beschädigung zu schützen, und/oder Korrosion zu verhindern, wie sie beispielsweise durch eine chemische Reaktion zwischen dem Material der Elektrode 210 und dem Material der Schicht 270, und umgekehrt, bewirkt wird. Die Schicht 290 kann eine Dicke T4 zwischen 0.1 und 50 Mikrometer aufweisen. In einigen Fällen kann T4 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1, 2, 4, 8, 10, 20, 40 Mikrometer, eine Zahl dazwischen, oder eine Kombination dieser betragen.
In einigen Fällen hat die Schicht 290 eine Dicke von weniger als 10 Mikrometern, um es Photoelektronen, die durch die Schicht 270 erzeugt wurden (z.B. resultierend aus MV-Röntgenstrahlen, die auf die Schicht 270 einfallen) zu ermöglichen, durch die Schicht 290 zur Schicht 240 zu gelangen, um durch das Array 260 detektiert zu werden. Alternativ kann die Schicht 290 eine Dicke von mehr als 10 Mikrometern aufweisen, so daß von der Elektrode 210 ausreichend viele Photoelektronen erzeugt werden (z.B. von MV-Röntgenstrahlen, die auf die Elektrode 210 einfallen), um zur Schicht 240 übertragen und von dem Array 260 detektiert zu werden. In diesem Fall ist die Schicht 290 zu dick, als daß die bei der Schicht 270 erzeugten Photoelektroden durch die Schicht 290 und die Schicht 240 gelangen können.
Die Elektrode 210 kann eine ausreichende Dicke (z.B. T2) eines ausreichend dichten Materials sein, um eine ausreichende Anzahl von Photoelektronen zu erzeugen oder zu generieren, die durch die Schicht 240 konvertiert werden und von dem Array 260 detektiert werden, wie beispielsweise oben unter Bezugnahme auf die Schicht 270 beschrieben wurde (z.B. in Reaktion auf MV-Strahlung, die auf die Elektrode 210 auftrifft und hochenergetische Photoelektronen erzeugt, die zur Schicht 240 übertragen werden). Zudem kann die Elektrode 210 Streuung reduzieren, wie beispielsweise oben unter Bezugnahme auf die Schicht 270 beschrieben wurde. Ferner kann gemäß eines Ausführungsbeispiels die Elektrode 210 Palladium, Platin, Kohlenstoff, Gold, Kupfer, Aluminium, Indiumzinnoxid (ITO), und Legierungen dieser, oder eine Mischung dieser umfassen. Es wird auch in Betracht gezogen, daß die Elektrode 210 eine Anzahl von Schichten aus beliebigen dieser Materialien, Legierungen oder Kombinationen aufweist.
Die Elektrode 210 kann eine Dicke T2 zwischen 0.1 und 1000 Mikrometer aufweisen. Die Dicke T2 kann 0.5, 1, 2, 4, 8, 10, 20, 40, 80, 100, 200, 400 Mikrometer, eine beliebige Zahl dazwischen, oder eine Kombination dieser betragen. Ferner kann die Elektrode 210 eine durchgehende obere Leitungselektrode sein, welche die Oberfläche 242 oder einen Großteil der Oberfläche 242 der Schicht 240 bedeckt.
Die Konversionsschicht 240 kann eine Photokonversionsschicht sein, die im Stand der Technik bekannt sind. In einigen Fällen kann die Schicht 240 ein photoleitendes Material mit einer breiten Bandlücke sein, das eine ausreichende Dicke (z.B., wie oben beschrieben, T1) aufweist, um freie Ladungsträger aus Photoelektronen (z.B. Hochenergie-Photoelektronen) zu generieren oder zu erzeugen, die von der Elektrode 210, der Schicht 290, und/oder der Schicht 270 aufgenommen werden, wobei die freien Ladungsträger ausreichend zahlreich sind, um von dem Array 260 detektiert zu werden. Genauer zeigt 2A einen Pfeil 273, der die Photoelektronen repräsentiert, die die Schicht 240 von der Schicht 270 aufnimmt, als Ergebnis einer aus der Richtung 205 und/oder der Richtung 207 auf die Schicht 270 einfallenden MV-Strahlung. Entsprechend repräsentiert der Pfeil 293 Photoelektronen, die die Schicht 240 von der Schicht 290 aufnimmt, die aus MV-Strahlung resultieren, die aus der Richtung 205 und/oder der Richtung 207 auf die Schicht 290 einfällt. Entsprechend repräsentiert der Pfeil 213 Photoelektronen, die die Schicht 240 von der Elektrode 210 empfängt, die aus MV-Strahlung resultieren, die von der Elektrode 210 aus der Richtung 205 und/oder der Richtung 207 empfangen wurden. Die von der Schicht 240 aufgenommenen Photoelektronen werden in freie Ladungsträger umgewandelt, wie durch den freien Ladungsträger 246 und den gegensätzlichen freien Ladungsträger 248 gezeigt ist. Es ist einzusehen, daß der freie Ladungsträger 246 ein Loch, oder ein Elektron sein kann, während der Ladungsträger 248 ein Ladungsträger des gegensätzlichen Typs sein kann.
In alternativen Ausführungsbeispielen können Halbleitermaterialien verwendet werden, die von Quecksilberiodid und Bleiiodid verschieden sind, wie beispielsweise andere Halbleiter-Halogenide. In einem Ausführungsbeispiel können solch alternative Materialien Jod-Verbindungen wie Bismutiodid (BiI₂) sein. Alternativ können auch Nicht-Iodid-Verbindungen verwendet werden, wie beispielsweise Thalliumbromid (TlBr). Die zur Verwendung ausgewählten Halbleitermaterialien können als Korrosions-Barriereschicht zu einem Kontakt und/oder als Teil einer Heteroübergangsstruktur betrieben werden, um die elektrischen Parameter des Detektors zu optimieren (z.B. um Dunkelströme zu reduzieren). Die anderen Halbleitermaterialien, die für die Schicht 240 verwendet werden können, können Bandlücken aufweisen, die ungefähr die gleichen sind, oder auch unterschiedlich sind zu der von Quecksilberiodid (2.1eV) oder Bleiiodid (2.3eV). Beispielsweise hat Bismutiodid eine Bandlücke von 1.73eV und Thalliumbromid eine Bandlücke von 2.7eV. Wie bereits bemerkt, können auch andere Hallogenide für die Halbleiter-Materialschichten verwendet werden.
Zudem kann gemäß eines Ausführungsbeispiels die Schicht 240 eine Schicht mit einer Dicke T1 zwischen 20 und 20000 Mikrometern aus Quecksilberiodid (HgI₂), Bleiiodid (PbI₂), Bismutiodid (BiI₂), Bismuttriiodid (BiI₃), amorphem Selen, und/oder Thalliumbromid (TlBr), einer Legierung dieser, und/oder einer Kombination dieser sein. Es ist auch vorgesehen, daß die Schicht 240 aus mehreren Materialschichten, Legierungen und/oder Kombinationen der oben erwähnten Materialien bestehen kann, wie beispielsweise zwei oder drei unterschiedliche Materialien in einer Schichtstruktur. In einigen Fällen kann die Dicke T1 10, 20, 40, 80, 100, 200, 400, 800, 1000, 2000, 4000, 8000, 10.000 Mikrometer, eine beliebige Zahl dazwischen, oder eine Kombination dieser betragen.
Beispielsweise kann die Schicht 240 eine Schicht aus Bleiiodid (PbI₂), oder eine Schicht aus Quecksilberiodid (HgI₂) sein. Alternativ kann eine Schicht aus sowohl Bleiiodid (PbI₂) als auch Quecksilberiodid (HgI₂) verwendet werden, um einen zweischichtigen PbI₂-HgI₂-Beschichtungsfilm zur Verwendung als Schicht 240 zu bilden. Als eine Beispielkombination können auch PbI₂, BiI₃ (Bismuttriodid) und HgI₂ als eine dreischichtiges PbI₂-BiI₃-HgI₂-"Sandwich"-Struktur verwendet werden. Ferner kann eine beliebige Kombination aus Quecksilberiodid (HgI₂), Bleiiodid (PbI₂), Bismutiodid (BiI₂), Bismuttriodid (BiI₃), amorphem Selen, und/oder Thalliumbromid (TlBr), und Legierungen einiger dieser verwendet werden.
Beispielsweise kann die Dicke der Schicht 240 speziell für die Absorption von Photoelektroden ausgebildet werden, die aus der Absorption von Megavolt-Strahlung durch das ausgewählte Material und die Dicke der Elektrode 210, der Schicht 290 und der Schicht 270 resultieren (sowie von der Entscheidung, ob die optionale Schicht 290 und/oder die optionale Schicht 270 in dem Photodetektor verwendet werden sollen). Beispielsweise kann die Schicht 240 eine Dicke T1 zwischen 20 und 1000 Mikrometern eines photoleitenden Materials aufweisen. Zusätzlich zu den obigen Faktoren kann die Dicke T1 auch in Abhängigkeit von der Ausgabespannung des Arrays 260 ausgewählt werden, beispielsweise abhängig von der gewünschten Ausgabespannung auf der Datenleitung D1, wenn MV-Strahlung auf den Photodetektor einfällt. In einigen Fällen kann die Schicht 240 eine Dicke haben, die ausreicht, um zu bewirken, daß die Ausgabespannung an der Datenleitung zwischen 0.2 Volt und 2 Volt liegt, wie beispielsweise eine Spannung, die ähnlich ist zur Ausgabe der Datenleitungen für Kilovolt (KV) -Strahlungs-Photodetektoren oder andere Photodetektoren. Insbesondere kann die Schicht 240 eine Dicke T1 aufweisen, die größer ist als 1000 Mikrometer, und/oder eine Dicke, um sicherzustellen, daß die Ausgabesignale der Pixel des Arrays 260 in Reaktion auf einfallende Megavolt-Strahlung ausreicht, um ein Bild bereitzustellen (wie im Folgenden unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben wird).
Das Substrat 280 kann ein Substrat geringer Dichte sein, wie beispielsweise ein Pixel-Array aus Elektronikelementen, umfassend Dünnfilm-Silizium-Transistoren, Kondensatoren, Schalter, und/oder Verstärker auf einem Glas oder Halbleitersubstrat geringer Dichte. Das Substrat 280 kann geeignet sein, um viele Millionen einzelner Pixel und hunderte bis tausende Quadratinch-Detektorfläche unterzubringen. Gemäß einiger Ausführungsbeispiele hat das Substrat 280 eine Dichte und Dicke, so daß auf die Schicht geringer Dicke einfallende Megavolt-Röntgenphotonen wenige oder im wesentlichen keine Photoelektronen erzeugen, oder nicht mehr als eine unwesentliche Anzahl oder Menge an Photoelektronen. Die wie oben beschrieben erzeugten Photoelektronen können jene sein, die durch die Konversionsschicht 240 in freie Ladungsträger umgewandelt werden. Das Substrat 280 kann eine Dicke T5 zwischen 10 und 10.000 Mikrometern aufweisen. Die Dicke T5 kann 10, 20, 40, 80, 100, 200, 400, 800, 1000, 2000, 4000, 8000 Mikrometer, eine beliebige Zahl dazwischen, oder eine Kombination dieser sein. Zudem kann das Substrat 280 eine Dichte zwischen 0.1 und 8 gm/cm³, wie beispielsweise eine Dichte von 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1, 2, 4, 8 Gramm pro Kubikzentimeter, eine beliebige Zahl dazwischen, oder eine Kombination dieser aufweisen. Beispielsweise kann das Substrat 280 eine Dichte im Bereich von ungefähr 0.7 bis ungefähr 7.7 gm/cm³ aufweisen; vorzugsweise im Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 3 gm/cm³; oder noch bevorzugter im Bereich von ungefähr 2.3 (z.B. der Dichte eines Glas geringer Dichte) und 2.5 (z.B. der Dichte eines Glas höherer Dichte) gm/cm³ aufweisen. Obgleich die hier beschriebenen Dichtebereiche für die hochdichte Schicht 270 und das Substrat 280 geringer Dichte überlappen, wird in Betracht gezogen, daß in einem Ausführungsbeispiel mit einer hochdichten Schicht, eine spezifische Minimaldichte für die hochdichte Schicht 270 nicht weniger dicht ist als die Maximaldichte für das Substrat geringer Dichte 280. Für Ausführungsbeispiele, die keine hochdichte Schicht aufweisen, kann das Substrat geringer Dichte 280 eine beliebige Dichte, wie sie hier beschrieben wird, aufweisen. Auch kann in Ausführungsbeispielen das Substrat 280 eine Dichte von weniger als der Dichte eines leitenden Metalls, einer leitenden Legierung, Aluminium, Kupfer, Iridium, Messing, Stahl, rostfreier Stahl, Eisen, bleihaltiges Glas, Indiumzinnoxid (ITO) auf Glas (Silikat), Blei, Wolfram, oder Legierungen dieser aufweisen. In diesen Ausführungsbeispielen kann ein Substrat, das aus einem der obigen Materialien besteht oder eines dieser Materialien aufweist, betrachtet werden als ein Substrat hoher Dichte (z.B. kann dieses Material ein hochdichtes Substratmaterial sein). Auch werden gemäß einiger Ausführungsbeispiele im wesentlichen alle der Hochenergie-Photoelektronen durch Kollision der Megavolt-Röntgenphotonen mit einer hochdichten Schicht erzeugt, und wenige oder im wesentlichen keine, oder nicht mehr als eine unwesentliche Anzahl oder Menge an Hochenergie-Photoelektronen werden durch die Kollision von Megavolt-Röntgenphotonen mit der Substratschicht geringer 280 erzeugt. Die wie oben beschrieben erzeugten Photoelektronen können jene sein, die in der Schicht 240 in freie Ladungsträger umgewandelt werden und/oder in der Schicht 260 detektiert werden. Das Substrat 280 kann ein Substrat oder eine oder mehrere Schichten aus einem Halbleitermaterial, einem Kunststoffmaterial, einem Silizium-Material, einem Siliziumlegierungsmaterial, einem Glas, oder einem anderen Material geringer Dichte sein oder ein solches umfassen, das in der Lage ist, eine Detektor- oder Sensor-Schaltung zu tragen oder zu umfassen, um, wie hier beschrieben, die Ladungsträger zu detektieren. Beispielsweise kann das Substrat 280 eine bleifreie Platte, Schicht, Film, oder Substrat eines Kunststoffmaterials, ein Silizium-Material, oder Glas-Material umfassen. Auch kann das Substrat 280 ein ITO-beschichtetes Glas, ein flexibler Kunststoff oder ein anderes flexibles Material sein. In vielen Fällen kann das Substrat 280 leichter und/oder kostengünstiger hergestellt werden, und/oder aus mehr Standardmaterialien konstruiert werden mit TFT-Bauelementen, oder zur Bildung von TFT-Bauelementen darin, als ein Substrat hoher Dichte. Beispielsweise wird der Fachmann wissen, wie er das Substrat 280 mit einem Pixel-Array aus Elektronikelementen herstellen kann, wie hier beschrieben, da die Materialien und Verfahren verwendet wurden, um derartige Substrate für andere Zwecke herzustellen, wie beispielsweise um ein Pixel-Array zur Detektion von Photonen, elektrischer Ladung, oder elektrischem Strom herzustellen. In einigen Fällen kann das Substrat 280 eine bleifreie Glasplatte sein, die Amorphsilizium-TFT-Elektronik-Schalter und Kondensatoren umfaßt, die mit den Elektroden 262 bis 266 gekoppelt sind, die Pixel-Elektroden aus Indiumzinnoxid (ITO) sind, um das Array 260 herzustellen. Es wird auch in Betracht gezogen, daß die Elektroden 262, 264 und 266 aus einem Material bestehen und/oder eine Dicke aufweisen, wie oben hinsichtlich der Elektrode 210 beschrieben wurde.
3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Photoleiter-basierten Megavolt-Strahlungssensors. 3 zeigt Photodetektor 300, der gleichartig ist zum Photodetektor 200, aber ohne Schutzschicht 290. So sind in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel Photoelektronen, die in den Schichten 270 und/oder der Elektrode 210 aus MV-Strahlung erzeugt werden, die aus der Richtung 205 und/oder Richtung 207 auf diese Schichten einfällt, als Pfeile 373 bzw. 313 gezeigt. Jeder oder beide dieser Pfeile repräsentieren eine ausreichende Anzahl von Photoelektronen, die von der Schicht 240 konvertiert werden und von der Schicht 260 detektiert werden. In einigen Ausführungsbeispielen des Photodetektors 300 kann die Schicht 270 dabei behilflich sein, eine Vorspannung auf effiziente Weise entlang der oberen Fläche der Schicht 240 anzulegen, wie z.B. wenn ein Spannungsgenerator (siehe z.B. Spannungsgenerator VG aus 2A) auch zwischen die Schicht 270 und die Pixel 262, 264 und 266 gekoppelt ist. Der mit der Schicht 270 gekoppelte Spannungsgenerator kann der gleiche Spannungsgenerator sein, wie jener, der mit Elektrode 210 gekoppelt ist. Zudem kann ein Spannungsgenerator mit der Schicht 270 gekoppelt werden, während kein Spannungsgenerator mit einer Elektrode 210 gekoppelt ist. In solchen Fällen kann die Elektrode 210 dünn sein, wie beispielsweise mit einer Dicke zwischen 0.5 und 0.15 Mikrometern.
4 stellt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Photoleiter-basierten Megavolt-Strahlungssensors dar. 4 zeigt einen Photodetektor 400, der gleichartig ist zum Photodetektor 300, aber die Schicht 270 nicht einbezieht. So erzeugt MV-Strahlung, die aus der Richtung 205 und/oder Richtung 207 auf die Elektrode 210 fällt, eine ausreichende Anzahl von Photoelektronen, die durch den Pfeil 413 gezeigt sind, die von der Konversionsschicht 240 konvertiert werden und durch das Array 260 detektiert werden. Beispielsweise kann in dem Ausführungsbeispiel des Photodetektors 400 die Elektrode 210 eine Dicke von mehr als 50 Mikrometern aufweisen, wie beispielsweise eine Dicke von 50, 75, 100, 200, 400, 800 Mikrometer, eine beliebige Zahl dazwischen, oder eine Kombination dieser aufweisen.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Photoleiter-basierten Megavolt-Strahlungssensors. 5 zeigt den Prozeß 500 zur Herstellung und/oder Montage eines Sensors, wie er oben unter Bezugnahme auf den Photodetektor 200, 300 und 400 aus den 1-4 beschrieben wurde.
Am Block 510 wird ein Substrat niedriger Dichte gebildet. Der Block 510 kann das Ausbilden oder die Herstellung eines Substrats mit Pixel-Arrays aus Dünnfilmtransistoren und Kondensatoren umfassen, beispielsweise unter Verwendung von Prozessen und/oder Substraten, die im Stand der Technik bekannt sind. Auch kann der Block 510 das Ausbilden des Substrats 280, des Detektorarrays 260, der Kondensatoren 282 bis 286 und/oder der Schalter 283 bis 287 umfassen. Es ist einzusehen, daß der Block 510 das Ausbilden des Substrats gemäß verschiedener Applikationsverfahren umfassen kann, die im Stand der Technik bekannt sind.
Es wird auch in Betracht gezogen, daß statt dem Ausbilden eines Substrats niedriger Dichte beim Block 510 solch ein Substrat auch für nachfolgende Blöcke oder Prozeß 500 vorgesehen sein kann. Beispielsweise kann ein derartiges Substrat im voraus ausgebildet oder hergestellt werden (z.B. durch eine andere Einheit oder an einem anderen Ort) und in dem Prozeß 500 bei Block 520 integriert werden.
Am Block 520 wird eine untere Elektrode ausgebildet oder am Substrat niedriger Dichte angebracht. Der Block 520 kann umfassen ausbilden, anbringen, verbinden, verkleben, darüber anordnen, ausbilden in, oder bedecken von Teilen des Substrats 280 mit den Elektroden 262, 264 und 266 umfassen. Beispielsweise kann der Block 528 verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Techniken umfassen, wie beispielsweise Beschichten, Metallisieren (bzw. platieren), physikalische Dampfabscheidung, chemische Dampfabscheidung, Sputtern, Ionenstrahlabscheidung und dergleichen, eingeschlossen Nicht-Vakuum-Verfahren wie beispielsweise PIB-Bildung (PIB = "particle-in-binder" bzw. Teilchen im Verbinder) und Siebdruck.
Am Block 530 wird die Konversionsschicht auf der unteren Elektrode ausgebildet oder an ihr angebracht. Beispielsweise kann der Block 530 obige Verfahren mit Bezugnahme auf Block 520 umfassen, aber ein Halbleitermaterial umfassen, wie es im Stand der Technik bekannt ist. So kann der Block 530 das Ausbilden einer Konversionsschicht 240 mittels verschiedener im Stand der Technik bekannter Techniken umfassen, wie beispielsweise physikalische Dampfabscheidung, chemische Dampfabscheidung, Sputtern, Ionenstrahlabscheidung, und dergleichen, eingeschlossen Nicht-Vakuum-Verfahren wie beispielsweise beispielsweise PIB-Bildung (PIB = "particle-in-binder"), Siebdruck, Gießen, Extrudieren, Pressen, Prägen und Sprühen.
In einem Ausführungsbeispiel kann, wie oben beschrieben, der Photoleiter zusätzlich Halbleitermaterialien umfassen. In einem derartigen Ausführungsbeispiel wird ein zusätzliches Halbleitermaterial über dem Ausgangs-Halbleitermaterial abgeschieden, um die Schicht 240 auszubilden.
Am Block 540 wird die obere Elektrode auf der Konversionsschicht ausgebildet oder an ihr angebracht. Block 540 kann Prozesse umfassen, wie oben bzgl. Block 520 beschrieben wurden. Ferner kann der Block 540 das Ausbilden einer durchgehenden oberen Leitungselektrode unter Verwendung verschiedener im Stand der Technik bekannter Verfahren umfassen, wie beispielsweise Beschichtung, Metallisierung (bzw. Plattierung), physikalische Dampfabscheidung, chemische Dampfabscheidung, Sputtern, Ionenstrahlabscheidung und dergleichen, eingeschlossen Nicht-Vakuum-Verfahren wie PIB-Bildung (PIB = "particle-in-binder"), Siebdruck, Gießen, Extrudieren, Pressen, Prägen und Sprühen.
Am Block 550 wird die Schutzschicht auf der oberen Elektrode ausgebildet oder auf ihr angebracht. Ein Teil von Block 550 ist optional und der Prozeß 500 kann am Block 550 oder 540 mit der Ausbildung der oberen Elektrode enden, beispielsweise um den Photodetektor 300 oder 400 auszubilden, wie er in den 3 oder 4 gezeigt ist. Der Block 550 kann das Ausbilden einer Isolierschicht umfassen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Zudem kann der Block 550 auch das Ausbilden einer Schutzschicht unter Verwendung von Pulver, Blättchen (wie z.B. Saran Wrap^TM), physikalische Dampfabscheidung (PVD), Bürsten (wie beispielsweise Humiseal^TM, Sprühen, und dergleichen. Block 550 kann auch das Anbringen einer im voraus ausgebildeten Schutzschicht umfassen, beispielsweise wenn die im voraus ausgebildete Schicht wie oben beschrieben ausgebildet wird, aber daraufhin über oder auf der oberen Elektrode platziert wird. Es wird auch in Betracht gezogen, daß die Schutzschicht eine Schicht sein kann, die nicht an die obere Elektrode geklebt ist, sondern auf die Elektrode gelegt wird, oder diese bedeckt und durch Befestigungsmittel, Schrauben, Nieten, Bolzen, Muttern oder andere Befestigungsvorrichtungen in der Nähe des Randes des Photodetektors an ihrem Platz gehalten werden.
Am Block 560 wird eine Schicht hoher Dichte auf der Schutzschicht ausgebildet oder an ihr angebracht. Auch Block 560 ist optional, beispielsweise wenn der Photodetektor 400 wie in 4 gezeigt ausgebildet wird. Wie oben beschrieben, ist die Schutzschicht optional und kann auch weggelassen werden, wie beispielsweise bei einem Prozeß zur Bildung des Photodetektors 300 wie er in 3 beschrieben ist. Alternativ ist es auch vorgesehen, daß der Block 550 einen Prozeß 500 umfassen kann und Block 560 weggelassen werden kann, beispielsweise zur Realisierung eines Ausführungsbeispiels ähnlich zum Photodetektor 400 unter Hinzufügung der Schicht 290, die auf der Elektrode 210 ausgebildet wird (z.B. ein Ausführungsbeispiel, das hier nicht in einer Figur dargestellt ist).
Der Block 560 kann auch das Ausbilden einer Schicht hoher Dichte umfassen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Beispielsweise kann der Block 560 das Ausbilden einer Schicht 270 unter Verwendung von Techniken umfassen, wie beispielsweise Schmieden, Gießen, Elektroplattieren, Sprühen, physikalische Dampfabscheidung, chemische Dampfabscheidung, Sputtern, Ionenstrahlabscheidung, und dergleichen, eingeschlossen Nicht-Vakuum-Verfahren wie PIB-Bildung (PIB = "particle-in-binder") und Siebdruck, Drucken, Extrudieren, Pressen, Prägen und Sprühen, sowie Bürsten, Verfahren unter Verwendung von Pulver, Beschichten, und dergleichen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Zudem kann der Block 560 auch das Ausbilden der hochdichten Schicht unter Verwendung von aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren umfassen, wie sie oben unter Bezugnahme auf die Ausbildung der unteren Elektrode bei Block 520 beschrieben wurden. Die hochdichte Schicht aus Block 560 muß nicht an die Schutzschicht oder die obere Elektrode geklebt werden, kann aber über diese gelegt werden oder diese bedecken und wird ähnlich wie dies unter Bezugnahme auf die Schutzschicht bei Block 550 beschrieben wurde, an ihrem Platz gehalten. Ferner müssen in einem Ausführungsbeispiel, das die Schutzschicht und die hochdichte Schicht umfaßt, die beiden Schichten nicht an die obere Elektrode und aneinander geklebt werden, sondern können über die darunterliegende Schicht gelegt werden oder diese bedecken und, wie bei Block 550 beschrieben, an ihrem Platz gehalten werden. In einigen Fällen werden sowohl die Schutzschicht als auch die hochdichte Schicht auf die obere Elektrode gelegt oder bedecken diese und werden mittels eines Rahmens, Schrauben, Bolzen, eines Klebstoffs oder anderen Befestigungsvorrichtungen oder -mitteln in der Nähe des Außenbereichs eines Photodetektors an ihrem Platz gehalten.
Der Block 560 kann auch das Montieren einer im voraus ausgebildeten Schicht hoher Dichte, wie beispielsweise einem Film, einer Folie, einem Blatt, oder anderen Arten der Schicht 270 umfassen, die über oder auf die Schutzschicht oder die obere Elektrode gelegt wird, oder an dieser angebracht wird, und wie bei Block 550 beschrieben an ihrem Platz gehalten wird.
Es ist auch vorgesehen, daß der Prozeß 500 das Ausbilden eines Schwammschaumes, Kohlenstofffasern, oder anderen Beschichtungen, einer Abdeckungen oder eines Schutzmittels auf der letzten Schicht oder oberen Schicht des Photodetektors umfaßt (z.B. egal ob diese Schicht die hochdichte Schicht 270, die Schutzschicht 290 oder die obere Elektrode 210 ist). Beispielsweise kann solch ein Schaum, Faser oder Schutzmittel mittels physikalischer Dampfabscheidung, chemischer Dampfabscheidung, Sputtern, Ionenstrahlabscheidung, und dergleichen ausgebildet werden, eingeschlossen Nicht-Vakuum-Prozesse Verfahren wie PIB-Bildung (PIB = "particle-in-binder"), Siebdruck, Gießen, Extrudieren, und Pressen, sowie Bürsten, Sprühen, und dergleichen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind.
Es ist auch anzumerken, daß der dargestellte Prozeß vereinfacht ist und auch Strukturieren (wie beispielsweise zur Isolation von beispielsweise einzelnen Leitern) oder Polieren (wie beispielsweise zur Einebnung einer Schicht) involvieren kann. Ferner kann auch ein selbstausrichtender Prozeß verwendet werden, bei dem einzelne Detektoren durch Ätzen einer Art Form nach Ausbilden von Schichten auf dem Substrat aussortiert werden.
6 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betrieb eines Photoleiter-basierten Megavolt-Strahlungssensors dar. 6 zeigt einen Prozeß 600, wie beispielsweise einen Prozeß zum Detektieren oder Erfassen von Megavolt-Strahlung unter Verwendung eines Photodetektors wie beispielsweise Detektor 200, 300 oder 400.
Am Block 610 werden die Array-Elektroden geerdet. Der Block 610 kann dem Erden der Elektroden 262 bis 266 des Arrays 260 entsprechen, wie beispielsweise durch Kopplung dieser Elektroden mit einer elektrischen Erde.
Am Block 620 wird die obere Elektrode vorgespannt. Der Block 620 kann der Ausbildung einer Vorspannung (bzw. Bias-Spannung) entsprechen, wie sie oben unter Bezugnahme auf den Spannungsgenerator VG aus 2A und den Bias-Beschreibungen für 3 beschrieben wurde. Beispielsweise kann, wenn die Konversionsschicht 240 aus Quecksilberiodid besteht, der Block 620 das Vorspannen der Elektrode 210 auf eine negative Spannung bzgl. den Elektroden des Arrays 260 umfassen, wenn MV-Strahlung aus der Richtung 205 einfällt. Die Vorspannung kann umgekehrt werden, wenn die Strahlung aus der Richtung 207 einfällt.
Alternativ kann, wenn die Schicht 240 eine Schicht aus Bleiiodid ist, die Elektrode 210 positiv vorgespannt werden bzgl. den Elektroden des Arrays 260 wenn Strahlung aus der Richtung 205 einfällt, und negativ vorgespannt werden für Strahlung, die aus der Richtung 207 einfällt. Demgemäß werden am Block 620 die Elektroden derart vorgespannt, daß durch die Schicht 240 konvertierte Ladungsträger von Photoelektronen, die von der Elektrode 210, der Schicht 290, und/oder der Schicht 270 aufgenommen wurden, gesammelt oder vom Array 260 detektiert. Beispielsweise kann das Vorspannen bewirken, daß freie Ladungsträger an der Elektrode 262 gesammelt werden, um in dem Kondensator 282 unter der angelegten Vorspannung gespeichert zu werden. Die in dem Kondensator 282 gespeicherte Ladung kann daraufhin elektronisch durch den Schalter 283 umgeschaltet werden (z.B. Umschalten des Schalters 283 durch Aktivierung der Gate-Leitung GL) und auf die Datenleitung D1 ausgegeben werden. Die Ausgabe an verschiedenen Datenleitungen, wie beispielsweise D1-D3, kann dann von einem elektronischen Bild und einer elektronischen Bildschaltung gesammelt werden, um ein Bild eines Objekts, einer Person, oder anderer Materialien zu erzeugen, die zwischen eine MV-Strahlungsquelle und den Photodetektor 200, 300 oder 400 gestellt werden.
Beispielsweise werden am Block 630 Röntgenstrahlen durch den Photodetektor empfangen. Der Block 630 kann das Empfangen von Röntgenstrahlung aus der Richtung 205 und/oder der Richtung 207 umfassen, wie unter Bezugnahme auf 2A beschrieben wurde. Zudem kann der Block 630 das Empfangen von Röntgenstrahlen umfassen, die auf einen Photodetektor einfallen, wie hier beschrieben wurde, nachdem die Röntgenstrahlung durch ein gesamtes Objekt, eine Person, eine Pflanze, Gepäck und dergleichen, oder ein Teil derer, durchlaufen haben und/oder von diesen gebeugt wurden. Beispielsweise können gebeugte Röntgenstrahlen Röntgenstrahlen umfassen, die aus einem Röntgenstrahl in verschiedene Beugungswinkel gebeugt wurden, durch Wechselwirkung des Röntgenstrahls mit einem Objekt, einer Person, einer Pflanze, einem Gepäck und dergleichen.
Der Block 630 kann das Empfangen von MV-Röntgenstrahlen mit einer Energie in einem Bereich zwischen 1 und 1000 MV umfassen, wie beispielsweise mit einer Energie von 1, 2, 4, 8, 10, 20, 40, 80, 100, 200, 400, 800 MV, einer beliebigen Zahl dazwischen, oder einer Kombination dieser. In einigen Ausführungsbeispielen umfaßt der Block 630 das Empfangen von Strahlung oder Röntgenstrahlen, die durch einen Elektronenstrahlgenerator erzeugt wurden, indem ein Strahl durch einen dynamischen Multileaf-Collimator gerichtet wird (z.B. einen Kollimator, der eine Reihe gestapelter Metallscheiben mit einem Zentrum aus Scheibenpaaren, bei denen jede Scheibe der Paare einzeln bewegt werden kann, um eine geformte Öffnung zu bilden, die geeignet ist, einen Strahlungsstrahl zu formen). Die Strahlung kann vorgesehen sein zum Durchröntgen von Objekten aus Sicherheitsgründen, zur Bestrahlung von Nahrung, für medizinische Bildgebungszwecke, und/oder medizinisch-therapeutische Zwecke. Beispielsweise kann die MV-Strahlung oder die Röntgenstrahlen in einem Energiebereich zwischen 1 und 25 MV liegen. Es ist auch vorgesehen, daß kV-Strahlung wie hier beschrieben wird auf einen Photodetektor gerichtet wird und/oder von diesem detektiert wird, beispielsweise kV-Strahlung in einem Energiebereich zwischen 50 und 160 kV (z.B. einem Energiebereich für das Durchröntgen von Objekten oder für medizinische Bildgebungszwecke).
Am Block 640 wird eine Widerstandsänderung aufgezeichnet. Beispielsweise kann der Block 640 das Aufzeichnen der Widerstandsänderung zwischen Pixeln des Arrays 260 und der Elektrode 210 für jedes Pixel umfassen, das aus den am Block 630 empfangenen Röntgenstrahlen resultiert. Der Block 640 kann das Aufzeichnen der Widerstandsänderung unter Verwendung eines Detektionssystems umfassen, wie beispielsweise die Aufzeichnung einer Widerstandsänderung als eine Strom- oder Spannungsänderung, um die Gegenwart oder Stärke von Röntgenstrahlen aufzuzeichnen, die an einem oder mehreren Pixeln der Pixel 250 und/oder dem Array 260 empfangen werden.
Die 7 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Megavolt-Röntgenstrahldetektionssystems dar. Das Röntgenstrahldetektionssystem 700 umfaßt eine Rechenvorrichtung 704, die mit einem Flachbilddetektor (Flat-Panel-Detektor) 776 gekoppelt ist. Der Flachbilddetektor 776 kann durch Akkumulation von Ladung auf Kondensatoren funktionieren, die durch die Pixel des Photodetektors 200, 300 oder 400 erzeugt werden. Typischerweise sind viele Pixel über einer Fläche des Flachbilddetektors 776 angeordnet, wobei an jedem Pixel beispielsweise TFTs einen geladenen Kondensator (z.B. Kondensator 282) mit einem ladungssensitiven Verstärker 719 zum richtigen Zeitpunkt verbinden (unter Verwendung der Datenleitung D1). In einem Ausführungsbeispiel kann ein Röntgendetektor 776 beispielsweise als ein Flachbilddetektor konstruiert sein, mit einer Matrix aus einem oder mehreren Photodetektoren 200, 300 oder 400, mit einer Ausleseelektronik, um die Photonen (z.B. Röntgen) -Intensität eines Pixels in ein digitales Signal zur Weiterverarbeitung umzuwandeln. Die Ausleseelektronik kann in den Randbereichen des Detektors angeordnet sein, um das Empfangen von einfallenden Röntgenstrahlen auf jeder Oberfläche des Detektors zu erleichtern.
Der Flachbilddetektor kann beispielsweise eine TFT-Schaltermatrix verwenden, die mit dem Detektor 200 und den Kondensatoren gekoppelt ist, um die durch den Strom vom Array 260 erzeugten Ladungen zu sammeln. Die Ladungen werden gesammelt, verstärkt und verarbeitet, wie beispielsweise durch das System 700. Die Wahl der Vorspannung kann die Sensitivität des Detektors bestimmen und kann, wie oben für Block 620 aus 6 beschrieben, angewendet werden. Die Vorspannung kann durch das System 700 konfiguriert werden. Der ladungssensitive Verstärker 719 steuert den Analog-Digital (A/D)-Konverter 717, der wiederum die vom Verstärker 719 empfangenen analogen Signale in digitale Signale zur Weiterverarbeitung durch die Rechenvorrichtung 704 konvertiert. Der A/D-Konverter 717 kann mit der Rechenvorrichtung 704 unter Verwendung von beispielsweise einem I/O-Gerät 710 oder einer Verbindung 714 gekoppelt werden. Der A/D-Konverter 717 und die ladungssensitiven Verstärker 719 können sich innerhalb der Rechenvorrichtung 714 oder des Flachbilddetektors 776 oder außerhalb dieser Vorrichtungen befinden. Die Verstärker 719 integrieren die in den Pixeln des Flachbilddetektors 776 akkumulierten Ladungen und stellen Signale bereit, die proportional zur empfangenen Röntgenstrahlungsdosis sind. Die Verstärker 719 übertragen diese Signale zum A/D-Konverter 717. Der A/D-Konverter 717 übersetzt die Ladungssignale in digitale Werte, die der Rechenvorrichtung 704 zur Weiterverarbeitung zugeführt werden. Wenngleich die Funktion der Schaltmatrix hier unter Bezugnahme auf eine TFT-Matrix beschrieben wurde, dann jedoch nur zur Vereinfachung der Darstellung. Alternativ können andere Arten von Schaltvorrichtungen, wie beispielsweise Schaltdioden (z.B. Einzel- oder Doppeldioden) verwendet werden.
In der vorstehenden detaillierten Beschreibung wurde das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle beispielhafte Ausführungsbeispiele beschrieben. Es ist allerdings offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen und Abänderungen gemacht werden können, ohne vom breiteren Sinn und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Insbesondere stellen die verschiedenen Blöcke der verschiedenen Blockdiagramme funktionelle Blöcke von Verfahren oder Vorrichtungen dar und zeigen nicht notwendigerweise eine physikalische oder logische Separation oder eine Operationsreihenfolge auf, die dem Geist oder dem Umfang der vorliegenden Erfindung innewohnt. Zudem sind die vorstehend wiedergegebenen Materialien nur beispielhaft, da sie Materialien repräsentieren, wie sie in Photoleitern verwendet werden. Es ist einzusehen, daß andere Halbleitermaterialien oder andere Materialien für die photoleitenden Materialien oder Schichten verwendet werden könnten. Zudem kann ein beliebiges Material hoher Dichte verwendet werden, das eine ausreichende Dichte und Dicke aufweist, um MV-Strahlung in eine ausreichende Anzahl von hochenergetischen Photoelektronen umzuwandeln, die von einer Konversionsschicht aufgenommen werden und in eine ausreichende Anzahl von freien Ladungsträgern umgewandelt werden, die von einem Pixel-Array aus Dünnfilmelektronik-Kondensatoren und Transistoren erfaßt werden, die auf einem Substrat niedriger Dichte ausgebildet sind. Die vorliegende Beschreibung und Figuren sind demgemäß beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen.

Claims

Photodetektor umfassend: eine Halbleiter-Konversionsschicht mit einer ersten Fläche und einer der ersten Fläche gegenüberliegenden zweiten Fläche; eine erste Elektrode, die mit der ersten Fläche der Halbleiter-Konversionsschicht gekoppelt ist; eine zweite Elektrode, die mit der zweiten Fläche der Halbleiter-Konversionsschicht gekoppelt ist; ein Substrat niedriger Dichte, das gegenüber der Halbleiter-Konversionsschicht mit der zweiten Elektrode gekoppelt ist, wobei das Substrat niedriger Dichte ein Detektor-Array umfaßt; wobei die Konversionsschicht eine Dicke eines photoleitenden Materials umfaßt, um Photoelektronen, die von der ersten Elektrode empfangen werden und von auf die erste Elektrode einfallenden Megavolt-Röntgenphotonen erzeugt werden, in freie Ladungsträger umwandelt, die durch das Detektor-Array detektiert werden, und wobei das Substrat niedriger Dichte eine Dichte und Dicke aufweist, so daß auf die Schicht niedriger Dichte einfallende Megavolt-Röntgenphotonen nicht mehr als eine unwesentliche Menge von Photoelektronen erzeugen, die durch die Konversionsschicht umgewandelt werden.
Photodetektor nach Anspruch 1, bei dem die erste Elektrode eine Dicke eines Materials hoher Dichte umfaßt, die eine Anzahl von Photoelektronen erzeugt, die von der Konversionsschicht aufgenommen werden und in eine ausreichende Anzahl freier Ladungsträger konvertiert werden, die von dem Detektor-Array detektiert werden.
Photodetektor nach Anspruch 1, bei dem das Detektor-Array umfaßt: mehrere Pixel, wobei jedes Pixel eine Pixel-Elektrode umfaßt, die mit einem Dünnfilmkondensator gekoppelt ist; und wobei das Substrat niedriger Dichte ein Glasmaterial oder ein Kunststoffmaterial umfaßt.
Photodetektor nach Anspruch 1, der ferner eine Schicht hoher Dichte über der ersten Elektrode gegenüber der Halbleiter-Konversionsschicht aufweist; wobei die hochdichte Schicht eine Dicke eines hochdichten Materials umfaßt, um eine Anzahl von Photoelektronen zu erzeugen, die von der Konversionsschicht empfangen werden und in eine ausreichende Anzahl freier Ladungsträger konvertiert werden, die von dem Detektor-Array detektiert werden.
Photodetektor nach Anspruch 4, bei dem die Schicht hoher Dichte eine ausreichende Dicke eines Materials hoher Dichte umfaßt, um die Detektion von Megavolt-Röntgenphotonen, die von einem Probeobjekt gestreut werden, zu reduzieren, da die gestreuten Photonen in der Schicht hoher Dichte eine längere Weglänge aufweisen als detektierte Megavolt-Röntgenhotonen, die von dem Probeobjekt nicht gestreut wurden und eine kürzere Weglänge in der Schicht hoher Dichte aufweisen.
Photodetektor nach Anspruch 4, der ferner aufweist: eine Schutzschicht, die zwischen der Schicht hoher Dichte und der ersten Elektrode angeordnet ist, wobei die Schutzschicht ein Material umfaßt, das mit der Schicht hoher Dichte nicht-reaktiv ist.
Photodetektor nach Anspruch 6, bei dem die Schutzschicht ein Paralyene C, ein Mylar^TM, ein Humiseal^TM oder ein Acryl umfaßt, um die Konversionsschicht, die erste Elektrode, die zweite Elektrode oder das Substrat vor Schaden aufgrund von Luft, Feuchtigkeit und Korrosion zu schützen.
Photodetektor nach Anspruch 6, bei dem die Schutzschicht eine Dicke zwischen 0.1 und 50 Mikrometern aufweist.
Photodetektor nach Anspruch 4, bei dem die Schicht hoher Dichte eine Dicke zwischen 0.1 und 10 Millimetern aufweist.
Photodetektor nach Anspruch 4, bei dem die Schicht hoher Dichte Kupfer, Blei, Wolfram, Tantal, Iridium, ein bleihaltiges Glas, einen bleihaltigen Kunststoff, oder eine Legierung dieser umfaßt.
Photodetektor nach Anspruch 4, bei dem die Schicht hoher Dichte mehrere Schichten aufweist.
Photodetektor nach Anspruch 4, bei dem die Schicht hoher Dichte eine Dicke zwischen 0.5 und 1.5 Millimeter aus Blei, Kupfer, einer Bleilegierung oder einer Kupferlegierung umfaßt.
Photodetektor nach Anspruch 1, bei dem die erste Elektrode eine durchgehende obere Leitungselektrode ist, die die erste Fläche der Halbleiter-Konversionsschicht bedeckt.
Photodetektor nach Anspruch 13, bei dem die Leitungselektrode umfaßt: Palladium, Platin, Kohlenstoff, Gold, Kupfer, Aluminium, oder eine Legierung dieser, mit einer Dicke zwischen 0.1 und 1000 Mikrometern.
Photodetektor nach Anspruch 13, bei dem die Leitungselektrode mit einem Spannungsgenerator gekoppelt ist, um eine Vorspannung zwischen die Halbleiter-Konversionsschicht und die zweite Elektrode anzulegen.
Photodetektor nach Anspruch 13, bei dem die Leitungselektrode umfaßt: eine Dicke eines leitfähigen Materials, die aus auf die Leitungselektrode einfallenden Megavolt-Röntgenphotonen hochenergetische Photoelektronen erzeugt, wobei die Photoelektronen eine ausreichende Energie aufweisen, um eine ausreichende Anzahl freier Ladungsträger in der Halbleiter- Konversionsschicht zu erzeugen, die von dem Detektor-Array detektiert werden.
Photodetektor nach Anspruch 4, bei dem die Halbleiterschicht eine photoleitende Schicht mit einer Dicke zwischen 50 und 2000 Mikrometern aus Quecksilberiodid (HgI₂), Bleiiodid (PbI₂), Bismuttrioid (BiI₃) oder amorphen Selen, oder Thalliumbromid (TlBr) ist.
Photodetektor nach Anspruch 17, bei dem die photoleitende Schicht ein photoleitendes Material mit breiter Bandlücke ist, das eine ausreichende Dicke aufweist, um eine ausreichende Anzahl freier Ladungsträger aus hochenergetischen Photoelektronen zu erzeugen, die von der Schicht hoher Dichte oder der ersten Elektrode empfangen werden, die von der Detektorschaltung detektiert werden.
Photodetektor nach Anspruch 14, bei dem die zweite Elektrode umfaßt: eine obere Pixel-Elektrode mit mehreren Pixeln aus leitfähigem Material, wobei jedes Pixel mit einem Spannungsgenerator gekoppelt ist, um eine Vorspannung zwischen dem Pixel und der ersten Elektrode oder der Schicht hoher Dichte zu erzeugen.
Photodetektor nach Anspruch 19, bei dem die erste Elektrode eine durchgehende obere Leitungselektrode über den mehreren Pixeln ist, und das Substrat niedriger Dichte ein Array aus Pixel-Elektronik-Schaltern und -Kondensatoren umfaßt, mit mehreren Detektionspixeln, wobei jedes Detektionspixel einen Schalter und einen Kondensator umfaßt und mit einem jeweiligen Pixel der Pixel-Elektrode verknüpft ist.
Photodetektor nach Anspruch 20, bei dem die Detektionsschaltung umfaßt: Analog-zu-Digital-Konverter, die eine digitale Bilddatei aus freien Ladungen erzeugen, die von den Kondensatoren von der Halbleiter-Konversionsschicht gesammelt wurden und zu den Analog-zu-Digital-Konvertern geschaltet werden.
Photodetektor umfassend: eine Halbleiter-Konversionsschicht mit einer ersten Fläche und einer gegenüber der ersten Fläche angeordneten zweiten Fläche, wobei die Konversionsschicht eine Dicke zwischen 20 und 20000 Mikrometern eines Quecksilberiodids oder Bleiiodids umfaßt; eine erste Elektrode umfassend eine durchgehende obere Leitungselektrode aus Palladium oder Kohlenstoff, die mit der ersten Fläche der Halbleiter-Konversionsschicht gekoppelt ist; eine zweite Elektrode umfassend eine obere Pixel-Elektrode aus Indiumzinnoxid, die mit der zweiten Fläche der Halbleiter-Konversionsschicht gekoppelt ist; ein Substrat niedriger Dichte, das mit der zweiten Elektrode gegenüber der Halbleiter-Konversionsschicht gekoppelt ist, wobei das Substrat niedriger Dichte eine unverbleite Glasplatte mit einem Detektor-Array umfaßt, wobei das Detektor-Array mehrere Amorphsilizium-Dünnfilmtransistoren (TFT) -Pixel-Elektronikschalter und Amorphsilizium-Dünnfilmtransistoren (TFT) -Pixel-Elektronikkondensatoren umfaßt; und eine Schicht hoher Dichte, die eine Dicke zwischen 0.2 und 1.5 Millimeter aus Blei oder Kupfer über der ersten Elektrode gegenüber der Halbleiter-Konversionsschicht umfaßt.
Verfahren umfassend: Absorbieren von Megavolt-Röntgenphotonen, die auf eine Schicht hoher Dichte einfallen; Erzeugen von hochenergetischen Photoelektronen aus den Megavolt-Röntgenphotonen; Erzeugen freier Ladungsträger in einer photoleitenden Schicht aus den Photoelektronen; und Detektieren der freien Ladungsträger bei mehreren Pixeln auf einem Substrat niedriger Dichte, wobei im wesentlichen alle der hochenergetischen Photoelektronen durch die Kollision von Megavolt-Röntgenphotonen mit der Schicht hoher Dichte erzeugt werden, und nicht mehr als eine unwesentliche Anzahl von Hochenergie-Photoelektronen durch die Kollision von Megavolt-Röntgenphotonen mit der Schicht niedriger Dichte erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 23, das ferner umfaßt: Anlegen einer Vorspannung zwischen Pixeln der oberen Pixel-Elektrode und der Schicht hoher Dichte oder der durchgehenden oberen Leitungselektrode. Speichern der freien Ladungsträger, die in der photoleitenden Schicht erzeugt wurden, in Pixel-Kondensatoren des Substrats niedriger Dichte unter Verwendung der Vorspannung; elektronisches Schalten der freien Ladungsträger, die in den Pixel-Kondensatoren gesammelt wurden, zur Detektionselektronik; Konvertieren der freien Ladungsträger, die zu der Detektionselektronik geschaltet wurden, von analogen zu digitalen Signalen, um eine elektronische Digitalbilddatei zu erzeugen; Anzeigen der elektronischen Digitalbilddatei auf einem Display.
Verfahren nach Anspruch 23, das ferner umfaßt: Herausfiltern von Megavolt-Röntgenphotonen, die von einem Probeobjekt gestreut wurden, aus der Erzeugung von hochenergetischen Photoelektronen.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem nicht mehr als eine unwesentliche Anzahl von hochenergetischen Photoelektronen im wesentlichen keine hochenergetischen Photoelektronen umfassen.